CN115213243B - 一种钢坯加热装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢坯加热装置及方法，属于连轧技术领域，利用传送带带动冷镦钢钢坯在生产线上匀速运动，采用离散组合的加热方式，使得钢坯整体达到最佳轧制温度。针对钢坯轧制过程中出现的不同形状，设计出不同线圈，再通过测温仪和CCD相机实时监测钢坯轧制后形状和表面温度，实现加热过程中准确匹配加热线圈，进行精准加热，解决了钢坯轧制过程中因金属热塑性流动和回弹导所致的不同截面而无法精准加热，同时解决了因钢坯轧制过程中内部大变形而产生大量热能，同时钢坯外表面与轧辊的热传导和热辐射而造成的内外温差过大的现象，使得钢坯在轧制前得到精准，均匀的加热，达到理想的温度分布，实现钢坯在不同轧制阶段的加热需求，提高轧制质量。
Description
技术领域
本发明属于连轧技术领域，特别涉及一种钢坯加热装置及方法。
背景技术
冷镦钢是紧固件行业生产高端紧固件的主要原料，是一种利用冷镦工艺生产互换性较高标准件的钢种，因其优良的加工性被用来生产制造螺钉、螺栓、螺母、自攻螺钉、墙板钉等各类紧固件，广泛的应用于汽车、机械设备、建筑和电器行业领域。但是在实际生产冷镦钢盘条时，由于钢坯轧制时的大变形，内部产生大量热能，使得内部温度升高，同时钢坯表面与轧辊接触时的热传导，与空气的热对流和热辐射，降低着钢坯表面温度，造成钢坯在轧制过程中内外温差过大，而钢坯温度的不均匀不仅影响成品的尺寸精度，还对成品最终的微观组织性能和机械性能有较大的影响。另一方面，由于冷镦钢钢坯在轧制过程中的高温塑性流动和回弹，导致冷镦钢钢坯在轧制后的截面形状并不唯一确定，适合在加热炉中加热，但是用加热炉加热，钢坯的变形量较大大，能源利用率低，加热时间过长，浪费资源的同时还增加了企业的负担。
发明内容
针对以上问题提供一种钢坯加热装置及方法，采用感应加热的加热方式，此种加热方式更加绿色环保，减少碳排放，便于实现轧制加热过程自动化。具体采用离散组合的加热方式，针对钢坯轧制过程中出现的不同形状，设计出不同线圈，再通过测温仪和CCD相机实时监测钢坯轧制后形状和表面温度，实现加热过程中准确匹配加热线圈，使得钢坯在轧制前得到精准加热，达到理想的温度分布，满足钢坯在不同轧制阶段的加热需求，提高轧制质量。
为实现上述目的，本发明所采用的的技术方案是：一种钢坯加热装置及方法，主要包括用于加热的上下左右四组感应线圈组、测温仪和CCD相机，所述左感应线圈组和右感应线圈组完全相同，包括第二传动箱、第二电机、圆弧仿形线圈、平面仿形线圈、第一转动箱体、底座、第二转动箱体、线圈组转动轴、轴承支座、第一传动箱、第一电机、滚珠丝杠、导向杆和导向杆支撑座，所述左右线圈组由安装在底座上的第二电机通过第二传动箱和滚珠丝杠驱动，所述圆弧仿形线圈和平面仿形线圈均匀的安装在第一转动箱体和第二转动箱体周向位置上，平面仿形线圈在中间，两端为弧形仿形线圈，第一转动箱体和第二转动箱安装在线圈组转动轴上，线圈组转动轴通过第一传动箱和第一轴承端盖安装在底座上，由第一电机传动。所述上感应线圈组和下感应线圈组完全一样，同时与左右感应线圈组的结构类似，主要区别在于可移动式的转动箱体，所述可移动式转动箱体包括第三转动箱体、第三电机、联轴器、转动箱体导向杆、转动箱体滚珠丝杆、转动箱体轴承支撑座和转动箱体传动轴，所述可移动式的转动箱体通过两个第三电机驱动。所述线圈组前设置有测温仪和CCD相机，测温仪监测钢坯轧后温度分布，CCD相机监测钢坯轧后形状，测温仪和CCD相机将监测数据反馈给处理器，处理器根据反馈数据计算特征值，并在线匹配合适的仿形线圈，再通过控制第一二三号电机将确定号的线圈调整到合适工作位置通电加热，进而实现精确选型和精确加热。
优选地，所述圆弧仿形线圈和平面仿形线圈是针对轧制过程中钢坯出现不同形状所设计，覆盖所有可出现的形状，可实现整体均匀加热。
优选地，采用离散组合的加热方式，将匹配不同形状的仿形感应线圈排列在钢坯轧件周围，同过测温仪和CCD相机实时监测而调整匹配不同的仿形线圈，可实现轧制过程中的精准加热。
优选地，通过第三电机的正反转来调节上下线圈组中平面仿形线圈的径向位置，以满足轧制过程中钢坯轧件径向位置的偏离。
优选地，通过安装在底座的第二电机来调节线圈组与钢坯轧件之间的距离，以满足轧制过程中钢坯轧件径向位置的偏离和转换线圈时推出线圈组的需要。
一种基于所述钢坯加热装置及方法的加热方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，轧制开始前，将下一道次的加热目标温度精度输入控制系统，其中最低轧制温度Tmin，最高轧制温度Tmax，设置上下左右四组线圈组初始位置为距离钢坯轧件20mm，钢坯移动速度为0.4-0.6m/min，平面仿形线圈和圆弧仿形线圈的加热距离为2-4mm；
第二步，轧制开始，启动生产线和轧机，钢坯随着辊子转动输送到轧机轧辊处进行轧制，轧制后先通过测温仪进行测温，判断实测温度Ta是否小于Tmin，若不成立，继续进行第二步，若成立，则进行下一步；
第三步，CCD相机监测钢坯形状，处理器计算钢坯轧后的径向位置偏差，若无偏差进行下一步，若有偏差，处理器控制第三电机调整上下线圈组的径向位置；
第四步，调整好上下线圈组径向位置后，处理器通过CCD相机监测钢坯形状参数，计算特征参数H和R匹配相对应的平面仿形线圈和圆弧仿形线圈，处理器通过控制第一电机和第二电机将匹配完成的平面仿形线圈和圆弧仿形线圈调整到相应工作位置，而后接通电源进行加热，在加过程中，线圈组内的测温仪实时监测轧件的温度，达到轧制目标温度后，断开电源，停止加热并回到第二步，直到整根钢坯加热结束，准备进行下一道次的轧制。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.本发明利用传送带带动钢坯在生产线上匀速运动，采用离散组合的加热方式，使得钢坯整体达到最佳轧制温度。
2.本发明针对钢坯轧制过程中出现的不同形状，设计出不同线圈，再通过测温仪和CCD相机实时监测钢坯轧制后形状和表面温度，实现加热过程中准确匹配加热线圈，进行精准加热。
3.此方法只需替换掉不同的仿形线圈，便可以在不同型号钢坯的轧制和不同轧制道次中使用，解决了钢坯轧制过程中因金属热塑性流动和回弹导致的不同截面的形状不同而无法精准加热的问题，同时解决了因钢坯轧制过程中内部大变形而产生大量热能问题，同时避免了钢坯外表面与轧辊的热传导以及与周围环境热辐射而造成的内外温差过大的现象，提高轧制质量。
附图说明
图1为本发明的总体机构示意图；
图2为本发明的线圈组布置示意图；
图3位本发明的线圈组示意图；
图4为本发明的第三转动箱体内部结构示意图；
图5为本发明的仿形线圈示意图；
图6为本发明的工作流程图。
附图标记：
1、生产线底座，2、辊子，3、钢坯，4、轧辊，5、轧机，6、测温仪，7、CCD相机，8、基座，9、线圈组，10、第二传动箱，11、第二电机，12、圆弧仿形线圈，13、平面仿形线圈，14、第一转动箱体，15、底座，16、第二转动箱体，17、线圈组转动轴，18、轴承支座，19、第一传动箱，20、第一电机，21、滚珠丝杠，22、导向杆，23、导向杆支撑座，24、左线圈组，25、右线圈组，26、第三转动箱体，27、第三电机，28、联轴器，29、转动箱体导向杆，30、转动箱体滚珠丝杆，31、转动箱体轴承支撑座，32、转动箱体传动轴、34上线圈组、35、下线圈组。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制本发明要求保护的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明保护的范围。
在图1、图3、图4、图5中，一种钢坯加热装置及方法，主要包括用于加热的上下左右四组感应线圈组、测温仪6和CCD相机所述左感应线圈24组和右感应线圈组24完全相同，包括第二传动箱10、第二电机11、圆弧仿形线圈12、平面仿形线圈13、第一转动箱体14、底座15、第二转动箱体16、线圈组转动轴17、轴承支座18、第一传动箱19、第一电机20、滚珠丝杠21、导向杆22和导向杆支撑座23，所述左右线圈组由安装在底座15上的第二电机11通过第二传动箱16和滚珠丝杠21驱动，所述圆弧仿形线圈12和平面仿形线圈13均匀的安装在第一转动箱体14和第二转动箱体16周向位置上，平面仿形线圈13在中间，两端为弧形仿形线圈12，第一转动箱体14和第二转动箱16安装在线圈组转动轴17上，线圈组转动轴17通过第一传动箱19和第一轴承支座18安装在底座15上，由第一电机20传动。所述上感应线圈组25和下感应线圈组25完全一样，同时与左右感应线圈组的结构类似，主要区别在于可移动式的转动箱体，所述可移动式转动箱体包括第三转动箱体26、第三电机27、联轴器28、转动箱体导向杆29、转动箱体滚珠丝杆30、转动箱体轴承支撑座31和转动箱体传动轴32，所述可移动式的转动箱体通过两个第三电机27驱动。所述线圈组前设置有测温仪6和CCD相机7，测温仪6监测钢坯3轧后温度分布，CCD相机7监测钢坯3轧后形状，测温仪6和CCD相机7将监测数据反馈给处理器，处理器根据反馈数据计算特征值，并在线匹配合适的仿形线圈，在通过控制第一二三号电机将确定型号的线圈调整到合适工作位置通电加热，进而实现精确选型和精确加热。
待轧制钢坯经过上一道次轧制后来到生产线上，通过辊子2的转动来到轧机5前进行轧制，轧制后先通过测温仪6进行测温，若实测温度在温度精度范围内，继续测温，若实测温度Ta小于Tmin则再通过CCD相机7监测钢坯3的径向位置，若钢坯3径向位置有所偏离，处理器控制第三电机27，通过三电机27的正反转调节平面仿形线圈13的径向位置，以使平面仿形线圈13始终正对着钢坯轧件的上表面，其中第三转动箱体26内有两根对称分布的部导向杆22，其作用是防止第三转动箱体26的周向转动，只沿着转动箱体转动轴轴向运动。
上下线圈组的轴向位置调整完之后，处理器根据测温仪6的实测温度在线匹配线圈，采用CCD相机7监测的数据计算轧制后钢坯3表面的变形程度和钢坯圆角处的变形，通过通过特征值H和圆角处半径R来匹配相对应的线圈，选定好线圈之后处理器控制第一和第二电机将选定好的线圈移送到指定的工作位置，启动电源进行工作，直至加热到合适的轧制温度后停止加热，
在图2和图5中，上下线圈组布置在钢坯3上下方，左右线圈组布置在钢坯3左右方，其中上下左右线圈组通过基座8上的支撑座与基座8相连，并通过第二电机11的正反转来带动上下线圈组的上下运动和左右线圈组的左右运动。
在实际生产中，由于工作中轧辊的跳动和金属高温流变的回弹，造成钢坯3轧制后的截面形状步唯一确定，本发明中的圆弧仿形线圈12中，每一个线圈的半径都不一样，当圆弧仿形线圈12半径小于等于理想半径时，圆弧仿形线圈12弧度为九十度，当圆弧仿形线圈12半径大于理想半径时，圆弧仿形线圈12弧长等于理想半径的弧长。
如图6所示的本发明装置的工作流程图中，一种钢坯加热装置及方法，包括以下步骤：
第一步，轧制开始前，将下一道次的加热目标温度精度输入控制系统，其中最低轧制温度Tmin，最高轧制温度Tmax，设置上下左右四组线圈组初始位置为距离钢坯轧件20mm，钢坯3移动速度为0.4-0.6m/min，平面仿形线圈13和圆弧仿形线圈12的加热距离为2-4mm；
第二步，轧制开始，启动生产线和轧机5，钢坯3随着辊子2的转动输送到轧机轧辊4处进行轧制，轧制后先通过测温仪6进行测温，判断实测温度Ta是否小于Tmin，若不成立，继续进行第二步，若成立，则进行下一步；
第三步，CCD相机7监测钢坯3形状，处理器计算钢坯3轧后的径向位置偏差，若无偏差进行下一步，若有偏差，处理器控制第三电机27调整上下线圈组的径向位置；
第四步，调整好上下线圈组径向位置后，处理器通过CCD相机7监测钢坯3形状参数，计算特征参数H和R匹配相对应的平面仿形线圈13和圆弧仿形线圈12，处理器通过控制第一电机20和第二电机11将匹配完成的平面仿形线圈13和圆弧仿形线圈12调整到相应工作位置，而后接通电源进行加热，在加过程中，线圈组内的测温仪实时监测轧件的温度，达到轧制目标温度后，断开电源，停止加热并回到第二步，直到整根钢坯3加热结束，准备进行下一道次的轧制。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有而各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
Claims (5)
1.一种钢坯加热装置，包括用于加热的上下左右四组感应线圈组、测温仪和CCD相机，其特征在于：
左感应线圈组和右感应线圈组完全相同，包括第二传动箱、第二电机、圆弧仿形线圈、平面仿形线圈、第一转动箱体、底座、第二转动箱体、线圈组转动轴、轴承支座、第一传动箱、第一电机、滚珠丝杠，所述左右线圈组由安装在底座上的第二电机通过第二传动箱和滚珠丝杠驱动，所述圆弧仿形线圈和平面仿形线圈均匀的安装在第一转动箱体和第二转动箱体周向位置上，平面仿形线圈在中间，两端为圆弧仿形线圈，第一转动箱体和第二转动箱安装在线圈组转动轴上，线圈组转动轴通过第一传动箱和轴承支座安装在底座上，由第一电机传动；
上感应线圈组和下感应线圈组完全一样，同时与左右感应线圈组的结构类似，区别在于使用可移动式转动箱体，所述可移动式转动箱体包括第三转动箱体、第三电机、联轴器、转动箱体导向杆、转动箱体滚珠丝杆、转动箱体轴承支撑座和转动箱体传动轴，所述可移动式转动箱体通过两个第三电机驱动；第三转动箱体内有两根对称分布的转动箱体导向杆，其作用是防止第三转动箱体的周向转动；第三转动箱体内设有第三电机，第三电机通过联轴器连接转动箱体滚珠丝杆，滚珠丝杆另一端通过转动箱体轴承支撑座连接，第三转动箱体上设有转动箱体传动轴；通过第三电机的正反转来调节上、下感应线圈组中平面仿形线圈的位置；
感应线圈组前设置有测温仪和CCD相机，测温仪监测钢坯轧后温度分布，CCD相机监测钢坯轧后形状，测温仪和CCD相机将监测数据反馈给处理器，处理器根据反馈数据计算特征参数，并在线匹配合适的仿形线圈，再通过控制第一、二、三号电机将确定型号的仿形线圈调整到合适工作位置通电加热，进而实现精确选型和精确加热。
2.根据权利要求1所述的钢坯加热装置，其特征在于：所述圆弧仿形线圈和平面仿形线圈是针对轧制过程中钢坯出现不同截面形状所设计，覆盖所有可出现的形状，可实现整体均匀加热。
3.根据权利要求1所述的钢坯加热装置，其特征在于：采用离散组合的加热方式，将匹配不同形状的仿形线圈排列在钢坯轧件周围，同过测温仪和CCD相机实时监测而调整匹配不同的仿形线圈，可实现轧制过程中的精准加热。
4.根据权利要求1所述的钢坯加热装置，其特征在于：通过安装在底座的第二电机来调节感应线圈组与钢坯轧件之间的距离，以满足轧制过程中钢坯轧件径向位置的偏离和转换线圈时的推出感应线圈组的需要。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述的钢坯加热装置的加热方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，轧制开始前，将下一道次的加热目标温度精度输入控制系统，其中最低轧制温度Tmin，最高轧制温度Tmax，设置上下左右四组感应线圈组初始位置为距离钢坯轧件20mm，钢坯移动速度为0.4-0.6m/min，平面仿形线圈和圆弧仿形线圈的加热距离为2-4mm；
第二步，轧制开始，启动生产线和轧机，钢坯随着辊子的转动输送到轧机轧辊处进行轧制，轧制后先通过测温仪进行测温，判断实测温度Ta是否小于Tmin，若不成立，继续进行第二步，若成立，则进行下一步；
第三步，CCD相机监测钢坯形状，处理器计算钢坯轧后的径向位置偏差，若无偏差进行下一步，若有偏差，处理器控制第三电机调整上下感应线圈组的位置；
第四步，调整好上下感应线圈组位置后，第二电机启动，通过第二传动箱使滚珠丝杠转动，进而调整上下感应线圈组和左右感应线圈组的位置，使位置达到第一步中规定值，随后处理器通过CCD相机监测钢坯形状参数，计算特征参数H和R匹配相对应的平面仿形线圈和圆弧仿形线圈，处理器通过控制第一电机和第二电机将匹配完成的平面仿形线圈和圆弧仿形线圈调整到相应工作位置，而后接通电源进行加热，在加过程中，感应线圈组内的测温仪实时监测轧件的温度，达到轧制目标温度后，断开电源，停止加热并回到第二步，直到整根钢坯加热结束，准备进行下一道次的轧制。
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